廣東省工商高級技工學校 （樂昌 512200） 郎永兵

五軸數(shù)控加工是在三個基本直線坐標軸（X、Y、Z）上增加了兩個旋轉(zhuǎn)軸（A、B、C軸的任意組合）的一種多軸數(shù)控加工方式。五軸機床的三個直線軸與兩個旋轉(zhuǎn)軸的聯(lián)動加工方式，被稱為五軸聯(lián)動加工；兩個旋轉(zhuǎn)軸進行旋轉(zhuǎn)定位，使刀具呈現(xiàn)一定的姿態(tài)角度不變，三個直線軸作聯(lián)動，這種加工方式被稱為五軸定向加工。

五軸加工數(shù)控機床根據(jù)旋轉(zhuǎn)部件的運動方式不同，可歸納為雙轉(zhuǎn)臺、雙擺頭和一轉(zhuǎn)臺一擺頭三種形式。雙轉(zhuǎn)臺五軸聯(lián)動機床的運動坐標包括三個直線坐標軸X、Y、Z和兩個旋轉(zhuǎn)坐標B（A）、C，其結構如圖1所示。該種結構是中、小型五軸加工機床采用較多的一種結構形式，其優(yōu)點是旋轉(zhuǎn)坐標有足夠的行程范圍，工藝性好，適合中小型體零件的五面粗、精銑削加工，機床能在加工時減少裝夾次數(shù)，達到高效率、高精度、高可靠性的要求。

圖1

1.五軸加工設置內(nèi)容介紹

零件在進行五軸加工時主要設置的內(nèi)容有：編程方式選擇及轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)中心到擺動中心位置偏置設置、編程零點到C軸中心位置偏置設置、加工工件坐標系的位置偏置設置、刀具長度補償設置、機床五軸RTCP加工設置及。下面以廣數(shù)GSK 25i五軸數(shù)控系統(tǒng)、CAXA制造工程師2011軟件五軸后置處理為例，介紹雙轉(zhuǎn)臺式五軸數(shù)控加工中心的加工設置與機床精度的測量、調(diào)整方法。

2.旋轉(zhuǎn)軸與直線軸的位置偏置

（1）旋轉(zhuǎn)中心到擺動中心偏置距離測量 如圖2所示，具體操作方法如下：

第1步：通過旋轉(zhuǎn)B軸，采用打表方式校平、校正C軸，使C軸平面與Z軸垂直，然后在C軸上安裝一圓棒，旋轉(zhuǎn)C軸銑出圓棒直徑為D，最后對圓棒進行分中，找出XYZ軸的坐標系零點位置坐標C，使C軸旋轉(zhuǎn)軸軸線與Z軸軸線重合，在機床坐標相對坐標系中將X、B軸坐標清零。

第2步：手動旋轉(zhuǎn)擺動軸B軸至90°位置，采用打表方式校正B軸

使C軸平面與Z軸軸線平行，然后移動X軸，用百分表或分中棒對C軸平面進行多次校準取平均值，使Z軸軸線位于旋轉(zhuǎn)軸C軸平面上，即Z軸軸線到旋轉(zhuǎn)軸C軸平面的距離為0，所移動的距離為L（Z'+X'），最后移動Z、Y軸，采用打表方式，測出圓柱旋轉(zhuǎn)后（B軸相對坐標90°位置）其側(cè)面至旋轉(zhuǎn)前（B軸相對坐標0度位置）的高度值H。依據(jù)以上步驟得出C軸旋轉(zhuǎn)中心到B軸擺動中心的偏置值：

X軸方向為：X'=（H+D/2－L）/2

Z軸方向為：Z'=（H+D/2+L）/2

另外，上述偏置坐標中均采用已測得的絕對值進行計算。當X方向測得值為－L時，偏置值為X'，X方向測得值為L時，偏置值為－X'；當Z方向測得值為H時，偏置值為Z'，Z方向測得值為－H時，Z軸方向偏置值為－Z'。

（2）零件編程零點到C軸中心偏置距離測量如圖3所示，具體操作方法如下：

圖2

圖3

第1步：通過旋轉(zhuǎn)B軸，采用打表方式校平、校正C軸，使C軸平面與Z軸垂直、C軸軸線與Z軸軸線重合，記錄機床的機械坐標（X、Y、B、C）或?qū)⒃撟鴺溯斎氩怀Ｊ褂玫牧柟ぜ鴺讼担℅59）中。

第2步：安裝、校正夾具。夾具校正時X方向可采用轉(zhuǎn)動C軸的方式進行。裝夾加工工件，采用試切法或分中棒對刀并設置工件坐標系。以1號工件坐標系（G54）為例：在MDI方式下運行“G90 G54 G0 X0 Y0 B0 C0”→在機床相對坐標系中將各坐標軸清零→手動移動機床坐標至第1步操作中記錄機床的機床坐標（X、Y、B、C）或MDI方式下運行“G90 G59 G0 X0 Y0 B0 C0”。此時，機床坐標相對坐標系中的坐標X、Y就是零件編程零點到C軸中心的偏置（X'、Y'）。

第3步：Z向坐標偏置測量，采用打表方式移動Z軸使百分表位于工件坐標系零平面記錄百分表表針位置，在機床相對坐標系中將Z軸坐標清零，移動Z軸使位于C軸平面表針位置與前面相同。此時，機床坐標相對坐標系中的坐標Z就是零件編程坐標系O中的編程零點到C軸中心的偏置Z'。

3.五軸加工功能刀具中心點控制（RTCP）、特征編程的操作和設置方法

（1）使用CAM軟件后置處理旋轉(zhuǎn)軸位置偏置功能進行補償時的編程設置 ①進入CAXA制造工程師軟件后置設置，選擇廣州數(shù)控B－C軸雙工作臺五軸后置配置文件GSK－5X－TB/TC，進入【多軸】界面，根據(jù)機床結構型式與轉(zhuǎn)軸參數(shù)設置如圖4所示。②進入CAXA制造工程師軟件后置設置，選擇廣州數(shù)控B－C軸雙工作臺五軸后置配置文件GSK－5 X－T B/T C，【多軸2】界面如圖5所示，旋轉(zhuǎn)中心到擺動中心偏置距離表示以機床旋轉(zhuǎn)軸中心 為參考的坐標系中擺動中心的位置坐標（X'、Z'）（見圖2）。編程零點到C軸中心偏置距離表示以加工工件的輸出坐標系O為參考機床C軸中心的位置坐標（X'、Y' 、Z'），如圖3所示。③在非數(shù)控系統(tǒng)五軸功能模式下后置程序時除上述設置外，需要刪除后置處理程序中的五軸功能G43.4H_等，若需多把刀具進行加工、換刀時只可單獨使用刀具長度補償。

圖4

圖5

（2）使用數(shù)控系統(tǒng)五軸加工功能編程時旋轉(zhuǎn)軸位置偏置的設置 廣州數(shù)控GSK25i數(shù)控系統(tǒng)在五軸加工中用于設置轉(zhuǎn)軸位置的參數(shù)主要有轉(zhuǎn)臺中心位置參數(shù)8020和工作臺第一旋轉(zhuǎn)軸和工作臺第二旋轉(zhuǎn)軸的偏置矢量參數(shù)8021，如圖6所示。

轉(zhuǎn)臺中心位置設置（參數(shù)8020）：轉(zhuǎn)臺中心位置是指裝夾工件的第二旋轉(zhuǎn)軸（C軸）的軸心處“機床坐標值”。以BC 雙轉(zhuǎn)臺為例，此處為C轉(zhuǎn)臺的軸心位置。當對刀方式不同時，“機床機械坐標值”會不同，在設置時必須要保持和工件坐標系同樣的對刀方式。當工件坐標系設置是用主軸端面對刀時，此處的“轉(zhuǎn)臺中心位置”也必須是用主軸端面降到旋轉(zhuǎn)軸心處時的“機床機械坐標值”。用刀尖對刀時，此處的“轉(zhuǎn)臺中心位置”也必須是該刀具降到旋轉(zhuǎn)軸心處時的“機床機械坐標值”。當換刀時，如果使用刀具補償，而不是重新設定工件坐標系，此參數(shù)不需要修改，否則必須重新設定坐標系。另外，在測量時，必須首先將旋轉(zhuǎn)工作臺放置在水平位置。

第一旋轉(zhuǎn)軸到第二旋轉(zhuǎn)軸的偏置矢量設置（參數(shù)8021）：以BC雙轉(zhuǎn)臺為例，在數(shù)控系統(tǒng)中第一旋轉(zhuǎn)軸為B軸，第二旋轉(zhuǎn)軸為C軸。該參數(shù)是一個矢量，矢量起點為主動軸軸心，終點為從動軸軸心，參照為機床坐標系。如果C轉(zhuǎn)臺在B轉(zhuǎn)臺之上，此參數(shù)為正；如果C轉(zhuǎn)臺在B轉(zhuǎn)臺之下，此參數(shù)為負。即表示以機床擺動中心為參考的坐標系中旋轉(zhuǎn)軸中心的位置坐標。

第一旋轉(zhuǎn)軸B軸到第二旋轉(zhuǎn)軸C軸的偏置距離測量同圖2中旋轉(zhuǎn)中心到擺動中心偏置距離測量，其矢量方向相反坐標參考軸為B軸。

圖6

使用五軸加工功能程序后處理：當使用五軸加工功能刀具中心點控制（RTCP）、特征編程（傾斜面加工）功能時，不需要在后處理程序提供機床類型和結構方面的參數(shù)，只要旋轉(zhuǎn)軸類型相同，可以通用于雙轉(zhuǎn)臺，擺頭轉(zhuǎn)臺和雙擺頭機床。以BC雙轉(zhuǎn)臺為例，構建后處理器時選擇雙擺頭方式。旋轉(zhuǎn)軸設置為BC方式，機床坐標軸偏置參數(shù)設置為0。這樣經(jīng)過后處理的坐標值就和特定的機床參數(shù)沒有關系了。然后手工添加刀具中心點控制G43.4H_，或者修改后處理自動添加G43.4H_和刀具中心點控制取消G49，程序就可在機床運行、加工。

4.結語

文章較為全面地介紹了五軸雙轉(zhuǎn)臺式機床加工設置方法及其五軸加工程序后置設置等方面的內(nèi)容，并詳細說明了五軸機床參數(shù)設置時旋轉(zhuǎn)軸、擺動軸的位置偏置與坐標值的測量方法、技巧。同時，也為其他形式多軸數(shù)控機床的加工設置提供了參考。